虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

摘 要：概述了虛擬內(nèi)窺鏡的基本原理、優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀；針對(duì)目前虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)存在的問(wèn)題，結(jié)合各種處理算法，以其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為主線，具體分析了虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)，重點(diǎn)討論了路徑規(guī)劃、實(shí)時(shí)繪制及導(dǎo)航的研究?jī)?nèi)容；最后對(duì)虛擬內(nèi)窺鏡的研究特點(diǎn)和趨勢(shì)作了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：虛擬內(nèi)窺鏡；路徑規(guī)劃；實(shí)時(shí)繪制；導(dǎo)航 

中圖分類(lèi)號(hào)：R318．08 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-3695(2008)07-1956-04

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Keytechnique analysis of virtual endoscopy

GAO Xiangjun1，TIAN Lianfang1，WANG Lifei2，MAO Zongyuan1

( 1.College of Automation Science Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China;2.Image Center， Clifford Hospital， Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine， Guangzhou 511495， China)

Abstract:This paper presented a general description about the principle， advantages and development of virtual endoscopy technique.analyzed a couple of key problems existent in virtual endoscopy technique in detail，such as path planning， realtime rendering and navigation. Finally，summarized the characteristics and tendency about the research on virtual endoscopy technique. 

Key words:virtual endoscopy(VE);path planning;realtime rendering;navigation

隨著醫(yī)學(xué)圖像處理和三維可視化技術(shù)的發(fā)展，虛擬內(nèi)窺鏡（virtual endoscopy，VE）以其非入侵性、可重復(fù)性等明顯的優(yōu)勢(shì)獲得廣泛的研究和應(yīng)用。自1993年Vining等人^[1]首次提出虛擬支氣管內(nèi)窺鏡以來(lái)，虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)已被應(yīng)用到許多臨床實(shí)驗(yàn)和各種醫(yī)學(xué)診斷中，主要集中在那些具有空腔組織結(jié)構(gòu)的器官上，如結(jié)腸、氣管、血管、內(nèi)耳等。比較典型的應(yīng)用有美國(guó)GE Research Development Center開(kāi)發(fā)的虛擬內(nèi)窺鏡醫(yī)學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)（VEMA），可以檢查人體的多個(gè)部位：虛擬結(jié)腸、虛擬支氣管和虛擬脈管。West Forest大學(xué)虛擬內(nèi)窺鏡研究中心研發(fā)了一套Free Flight虛擬內(nèi)窺鏡軟件系統(tǒng)。美國(guó)Boston Surgic Planning Laboratory建立的一種虛擬耳窺鏡系統(tǒng)，以三維形式顯示耳的解剖結(jié)構(gòu)來(lái)模擬傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡對(duì)內(nèi)耳的檢查過(guò)程。法國(guó)Laennec Hospital開(kāi)發(fā)的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)主要用來(lái)對(duì)食管、喉進(jìn)行虛擬內(nèi)窺。國(guó)內(nèi)對(duì)虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)也十分重視，目前許多重點(diǎn)大學(xué)和機(jī)構(gòu)都在研究。其中西北大學(xué)的交互式虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所的3DMED系統(tǒng)已初現(xiàn)成效；浙江大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)等高校也有相關(guān)的研究。

現(xiàn)階段的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)還存在一些不足之處，至今仍處于臨床實(shí)驗(yàn)階段^[2]。許多臨床研究表明，目前虛擬內(nèi)窺鏡檢查的效果不是很理想（比如在虛擬結(jié)腸內(nèi)窺鏡檢查中，對(duì)于直徑大于10 mm的息肉，VE檢測(cè)只有75%~100%的靈敏度；直徑小于5 mm的息肉，VE檢測(cè)只有0~67%的靈敏度^[3]），在虛擬支氣管內(nèi)窺鏡檢查中，不能進(jìn)行活組織檢查，不能顯示內(nèi)腔顏色和表面黏膜信息；同時(shí)三維成像速度較慢，不能很好地滿足實(shí)時(shí)性的要求；沒(méi)有一種普適的路徑規(guī)劃方法；目前的中心路徑提取算法計(jì)算復(fù)雜度較高；交互式導(dǎo)航還不能很好地解決虛擬攝像機(jī)碰壁、抖動(dòng)等問(wèn)題。為解決VE存在的問(wèn)題，人們分別采用軟、硬技術(shù)，試圖從VE的各個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)。例如綜合利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、人工智能等方法對(duì)組織器官進(jìn)行分割；利用相鄰幀之間、相鄰像素之間的信息相關(guān)性提高實(shí)時(shí)繪制速度；利用特定的器官組織結(jié)構(gòu)控制虛擬攝像機(jī)的導(dǎo)航等。從研究趨勢(shì)上來(lái)看有綜合的特點(diǎn)。本文對(duì)目前VE的各種實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行總結(jié)歸類(lèi)，剖析算法提出的依據(jù)，從而總結(jié)出VE研究的方法和方向。

1 VE的概念和優(yōu)點(diǎn)

虛擬內(nèi)窺鏡主要采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)可視化、圖像處理和醫(yī)學(xué)影像等多個(gè)領(lǐng)域^[4]。它通過(guò)CT、MRI等影像設(shè)備獲取人體的斷層掃描數(shù)據(jù)，使用先進(jìn)的醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，重建出三維圖像，形成虛擬人體組織。然后把視點(diǎn)置入人體器官內(nèi)甚至血管中進(jìn)行視點(diǎn)漫游、變動(dòng)視距、調(diào)整視角、對(duì)視點(diǎn)前方組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)繪制和顯示，幫助醫(yī)生在計(jì)算機(jī)屏幕上完成內(nèi)窺鏡檢查。

虛擬內(nèi)窺鏡作為一種新興的醫(yī)學(xué)診斷方法，與傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡相比，存在諸多優(yōu)點(diǎn)：a)為非侵入性檢查，病人無(wú)痛苦，尤其適用于不能承受纖維內(nèi)窺鏡檢查的病人；b）能從狹窄或阻塞遠(yuǎn)端觀察病灶，如虛擬喉內(nèi)窺鏡能夠檢查纖維內(nèi)窺鏡不能觀察到的聲門(mén)結(jié)構(gòu)下表面；c)能觀察到纖維內(nèi)窺鏡無(wú)法到達(dá)的管腔，如對(duì)腦、內(nèi)耳、血管、椎管等進(jìn)行檢查；d)能幫助引導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡活檢及治療；e)視點(diǎn)可任意設(shè)置，可改變透明度，透過(guò)管腔觀察管外情況；f）能準(zhǔn)確定位病灶的位置，為手術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)后處理提供依據(jù)；g）同一套體數(shù)據(jù)可重復(fù)操作任意多次。虛擬內(nèi)窺鏡作為一種新穎的醫(yī)學(xué)圖像后處理技術(shù)，綜合利用多學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，提供一種完全無(wú)接觸的檢查，可多角度、多方位任意觀察，所以它在計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)學(xué)教學(xué)、外科手術(shù)導(dǎo)航、手術(shù)規(guī)劃、臨床診斷等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

2 VE的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和性能要求

VE的實(shí)現(xiàn)過(guò)程描述為：首先用影像設(shè)備(CT、MRI等)獲得一系列的二維醫(yī)學(xué)切片圖像（一般為DICOM格式）。然后對(duì)這些圖像進(jìn)行必要的預(yù)處理， 如圖像過(guò)濾、插值變換、圖像分割等。再把分割出來(lái)的對(duì)象利用三維可視化技術(shù)，如面繪制、體繪制等方法重建出對(duì)象內(nèi)表面的三維投影圖像，并顯示在屏幕上，使用者預(yù)覽這些三維圖像， 進(jìn)行取舍或改進(jìn)。同時(shí)利用處理后的三維體數(shù)據(jù)提取對(duì)象的漫游路徑，使用者可以選擇自由或交互導(dǎo)航方式漫游對(duì)象，觀察器官。如圖1是使用者漫游結(jié)腸時(shí)的一幀。隨著計(jì)算機(jī)性能以及可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，基于直接體繪制的虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)成為一種趨勢(shì)和主流。參照文獻(xiàn)[5]，基于透視體繪制的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)處理過(guò)程(圖2)主要分為六個(gè)基本步驟，包括放射影像圖像采集、圖像的組織分割、路徑規(guī)劃、三維重建、實(shí)時(shí)繪制、交互導(dǎo)航。 

一個(gè)基本的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、交互性的要求^[6]。這里的實(shí)時(shí)性包括圖像處理的實(shí)時(shí)性和三維重建的實(shí)時(shí)性，盡管目前基本采用圖像后處理技術(shù)，但是研究快速的圖像自動(dòng)分割技術(shù)及三維可視化技術(shù)可以有效地滿足實(shí)時(shí)性要求。人們分別從硬件和軟件方面進(jìn)行研究，研制了支持面繪制和體繪制的硬件加速卡，采用大量的加速算法改進(jìn)成像速度。交互性是指使用者可以選擇不同的方法或參數(shù)來(lái)操作控制VE系統(tǒng)，包括圖像處理時(shí)的交互性、路徑規(guī)劃的交互性、導(dǎo)航方式的交互性等。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

VE每一步對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都非常重要。數(shù)據(jù)采集、圖像分割是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)；三維重建給出器官的總體結(jié)構(gòu)；路徑規(guī)劃和實(shí)時(shí)繪制是自動(dòng)導(dǎo)航的基礎(chǔ)，自動(dòng)或交互式導(dǎo)航是虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的目的。本文介紹VE特有的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

3．1 數(shù)據(jù)采集與器官分割

準(zhǔn)確地采集和表示臟器的數(shù)據(jù)是建構(gòu)虛擬環(huán)境的基礎(chǔ)。一般根據(jù)檢查器官的類(lèi)型選用不同設(shè)備，如氣管、支氣管、胃、結(jié)腸的檢查首選螺旋CT，可以縮短采集時(shí)間，從而減少由于病人呼吸和移動(dòng)造成的偽影，還可以在不增加曝光時(shí)間的情況下提供重疊的圖像資料；而對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)一般選擇MRI，可以較長(zhǎng)時(shí)間地采集數(shù)據(jù)，得到高分辨率的圖像。同時(shí)根據(jù)檢查器官的生理特性，做好前期的準(zhǔn)備工作，有效地消除偽影，有助于圖像的分割處理，如在結(jié)腸檢查中，文獻(xiàn)[7，8]采用電子洗腸的方法比常規(guī)的物理方法能更為有效地消除偽影。電子洗腸技術(shù)讓病人口服含有碘或鋇的對(duì)比劑，可以標(biāo)記結(jié)腸中流體和消化物的殘余量，揭示被隱含的結(jié)腸表面，從而消除結(jié)腸殘留物造成的偽影。

圖像分割是指將圖像中具有特殊含義的不同區(qū)域區(qū)分開(kāi)來(lái)。圖像分割可用的特征包括圖像灰度、顏色、紋理、局部統(tǒng)計(jì)特征或頻譜特征，利用這些特征的差別進(jìn)行區(qū)分圖像中的不同組織器官。目前許多圖像分割程序首先利用區(qū)域增長(zhǎng)法，手工或自動(dòng)設(shè)置種子作為初始點(diǎn)，根據(jù)體素連通性增加分割物體的面積。然而區(qū)域增長(zhǎng)法會(huì)隨著CT值的衰減而局部波動(dòng)，從而產(chǎn)生分割體空洞，導(dǎo)致表面粗糙，因此需要更有效的分割方法來(lái)改進(jìn)。最近結(jié)合特定理論工具實(shí)現(xiàn)的分割方法越來(lái)越多，如可變模型法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、基于小波變換的方法、基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法、基于分形的方法、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法等。由于醫(yī)學(xué)圖像的各區(qū)域沒(méi)有清楚的邊界，為了解決在醫(yī)學(xué)圖像分割中遇到不確定性的問(wèn)題，引入模糊理論的模糊閾值、模糊邊界和模糊聚類(lèi)等概念。綜合利用各種算法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分割是醫(yī)學(xué)圖像分割的趨勢(shì)。文獻(xiàn)[9]綜合利用區(qū)域增長(zhǎng)法、波形傳遞、模式匹配方法對(duì)支氣管進(jìn)行分割，結(jié)果如圖3所示。

3．2 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是虛擬內(nèi)窺鏡實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的基礎(chǔ)，也是VE區(qū)別于其他可視化技術(shù)的特點(diǎn)之一。由于手工導(dǎo)航非常困難，耗時(shí)且易迷失方向，為讓使用者如同使用傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡那樣在器官中漫游，需要進(jìn)行路徑規(guī)劃，使視點(diǎn)能夠在規(guī)劃好的路徑上行進(jìn)。一個(gè)理想的路徑應(yīng)該保證每一個(gè)邊界體素都能被至少一個(gè)中心路徑點(diǎn)所看到^[10]，還應(yīng)具有連通性、單一性、高效性、魯棒性的特點(diǎn)^[11]。

目前路徑規(guī)劃技術(shù)主要有手工標(biāo)定法^[12]、拓?fù)浼?xì)化法^[13，14]、距離變換(距離編碼)法^[15]、最短路徑法^[16]、基于水平集（level set）方法等^[17]。主要存在以下缺點(diǎn)：需要手工選取路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)；計(jì)算復(fù)雜度高；需要啟發(fā)式地去除路徑分支，且不能夠很好地去除分支；受限于器官的特有結(jié)構(gòu)，如結(jié)腸的結(jié)構(gòu)；存在較多的盲區(qū)。為完全而準(zhǔn)確地診斷，規(guī)劃路徑不應(yīng)該產(chǎn)生太多的盲區(qū)，然而最近研究

表明現(xiàn)存路徑規(guī)劃算法中，對(duì)于結(jié)腸檢查，結(jié)腸表面存在20％的盲區(qū)^[18]。

現(xiàn)存的路徑規(guī)劃方法中，中心線被認(rèn)為是最方便的漫游路徑^[19]。在空腔器官中， 一般通過(guò)中軸來(lái)表示中心線，中軸是指至少與器官表面兩個(gè)邊界點(diǎn)相切的最大球的球心軌跡組成的點(diǎn)集。有關(guān)中心路徑的選取方法可以歸納為三類(lèi)^[20]，即拓?fù)浼?xì)化和距離變換、邊界模型、混合提取方法。其中混合提取法是路徑規(guī)劃的一個(gè)趨勢(shì)，一般先用距離變換法對(duì)空腔器官內(nèi)的點(diǎn)作距離變換，定義點(diǎn)值為該點(diǎn)到邊界點(diǎn)的最小距離，因此位于器官中心線位置的點(diǎn)應(yīng)該具有局部最大值。這些點(diǎn)的集合構(gòu)成中心路徑的雛形，然后進(jìn)一步處理，如用樣條函數(shù)細(xì)化、插值、平滑等，最終形成中心路徑。圖4為一段結(jié)腸路徑規(guī)劃的結(jié)果^[27]。

在路徑規(guī)劃時(shí)，需要注意一些特殊情況。針對(duì)最短距離變換法產(chǎn)生的路徑容易出現(xiàn)貼壁現(xiàn)象，使得視點(diǎn)沒(méi)有開(kāi)闊的視野，Bitter等人提出補(bǔ)償距離法^[21]。為避免交互導(dǎo)航時(shí)，視點(diǎn)的穿壁現(xiàn)象，采用歐拉距離函數(shù)定義勢(shì)能場(chǎng)，根據(jù)勢(shì)能等級(jí)映射中心路徑^[22]。在器官的高度彎曲部分，如結(jié)腸的褶皺處，最容易出現(xiàn)盲區(qū)，且視點(diǎn)易抖動(dòng)，可以采用雙向?qū)Ш?sup>[23]、減小視點(diǎn)的前進(jìn)步長(zhǎng)等方法，也可采用交互式路徑規(guī)劃方式，提供幾種規(guī)劃路徑由用戶選擇^[24]。Kim等人利用圖像分割的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)血管的全自動(dòng)路徑規(guī)劃^[25，26]：應(yīng)用自適應(yīng)區(qū)域增長(zhǎng)法分兩步實(shí)現(xiàn)器官的分割和路徑提取，由八叉樹(shù)獲得區(qū)域增長(zhǎng)點(diǎn)和視點(diǎn)。利用八叉樹(shù)獲得的邊界距離場(chǎng)，其計(jì)算復(fù)雜度要比用Dijkstra最短路徑算法獲得的低許多^[24]。

3．3 實(shí)時(shí)繪制

在虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，虛擬攝像機(jī)模型是一個(gè)很重要的概念，它在虛擬現(xiàn)實(shí)中起到感知器的作用。實(shí)時(shí)繪制相當(dāng)于用虛擬攝像機(jī)對(duì)體數(shù)據(jù)拍攝的一個(gè)個(gè)快照。虛擬攝像機(jī)與傳統(tǒng)攝像機(jī)一樣，一般有攝像機(jī)原點(diǎn)、光軸和焦距三個(gè)參數(shù)，但是成像的方式不同，像平面可以位于對(duì)象的任何一側(cè)。常把攝像機(jī)的原點(diǎn)作為視點(diǎn)放在中心路徑上，光軸垂直于像平面，焦距可以任意設(shè)定。這樣從屏幕每個(gè)像素發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)視點(diǎn)與三維數(shù)據(jù)場(chǎng)相交形成視錐體。一般算法都是對(duì)視錐體內(nèi)的體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)繪制圖像。

可以用面繪制或體繪制方法繪制圖像^[28]。體繪制具有高度保真性，目前主要用體繪制或其改進(jìn)技術(shù)，但其計(jì)算量大，直接影響繪制速度，所以一般通過(guò)實(shí)時(shí)加速技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。實(shí)時(shí)加速方法主要通過(guò)使用平行投影逼近透視投影技術(shù)、空間跳躍重采樣、層次細(xì)節(jié)模型(level of detail，LOD)以及相鄰幀之間的連貫性關(guān)系、相鄰像素之間的遞推關(guān)系等算法實(shí)現(xiàn)加速的目的。另外還可以利用硬件加速、文獻(xiàn)[29]提出基于VolumePro加速卡（支持體繪制技術(shù)）的加速算法、文獻(xiàn)[30]提出一種基于硬件深度緩存的交互光線投射算法、PC圖形卡的W_Buffering特性，對(duì)提取出來(lái)的等值面片或邊界體素進(jìn)行預(yù)投影，產(chǎn)生深度信息；然后從圖形卡中獲取深度信息快速定位等值面，再進(jìn)行光線投射，顯著提高了成像速度及圖像質(zhì)量。

3．4 導(dǎo)航

導(dǎo)航是使用者實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)窺鏡檢查的必要途徑，是VE實(shí)現(xiàn)的目的。導(dǎo)航的研究?jī)?nèi)容就是如何讓使用者交互、自由地操縱虛擬攝像機(jī)，在空腔器官內(nèi)部有目的地移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)高效率的觀察和疾病診斷。一般有兩種導(dǎo)航方式，即交互導(dǎo)航和自動(dòng)導(dǎo)航。在規(guī)劃好的路徑上，讓系統(tǒng)自動(dòng)控制攝像機(jī)的行為，用動(dòng)畫(huà)的方式把器官展現(xiàn)給使用者，就是自動(dòng)導(dǎo)航；交互導(dǎo)航是指使用者在一定約束條件下，通過(guò)輸入設(shè)備控制虛擬攝像機(jī)的位置和方向等參數(shù)。兩種導(dǎo)航方式可以靈活轉(zhuǎn)換。

導(dǎo)航時(shí)一個(gè)控制難點(diǎn)是如何控制虛擬攝像機(jī)的參數(shù)。如前所述，自動(dòng)導(dǎo)航時(shí)把攝像機(jī)原點(diǎn)放在中心路徑上，中心路徑的切線方向?yàn)橐曄蚍较颉楸ＷC鏡頭的平穩(wěn)，避免圖像的抖動(dòng)，除保證規(guī)劃路徑的平滑外，還需要保證攝像頭在垂直于視向方向的平面上不能驟然旋轉(zhuǎn)，即需要控制攝像機(jī)的水平和垂直方向。一般選取世界坐標(biāo)系向上的方向?yàn)閿z像機(jī)的垂直方向，利用器官的特定結(jié)構(gòu)，適當(dāng)控制攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)?huì)更加有效。文獻(xiàn)[31]根據(jù)結(jié)腸帶的旋轉(zhuǎn)方向，相應(yīng)控制攝像機(jī)的垂直方向，有效避免了攝像機(jī)的驟然旋轉(zhuǎn)。圖5為基于結(jié)腸帶的攝像機(jī)同步控制，其中曲線表示結(jié)腸帶。

在交互導(dǎo)航中，另一個(gè)控制難點(diǎn)就是碰撞檢測(cè)。有時(shí)為了對(duì)某塊感興趣的區(qū)域進(jìn)行近距離的觀察，需要將視點(diǎn)偏離漫游主路徑，移至管壁附近。因此需要實(shí)時(shí)檢測(cè)視點(diǎn)的位置，防止視點(diǎn)穿過(guò)器官管壁。一般控制方法是首先提取空腔內(nèi)的全部體素；然后判斷視點(diǎn)是否在這些體素內(nèi)。然而這種算法計(jì)算量很大，人們相繼提出許多改進(jìn)技術(shù)，如位置—體素對(duì)照表法。比較經(jīng)典的碰壁檢測(cè)法有層次包圍盒技術(shù)、機(jī)器人避障控制方法等。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上分析， 虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有常規(guī)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，必將隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)的發(fā)展， 在未來(lái)的醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。從VE的實(shí)現(xiàn)過(guò)程以及各種算法的研究狀況分析，總體的研究特點(diǎn)可以概括為： a）多種算法相結(jié)合。由于人體器官的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任何一種單獨(dú)的算法都難以實(shí)現(xiàn)所有的處理。b）根據(jù)采集器官的灰度分布、形狀特征及生理結(jié)構(gòu)提出有針對(duì)性的分割方法、路徑規(guī)劃方法或成像方法。c）利用相鄰切片或相鄰幀之間的信息相關(guān)性，提高器官分割、繪制等關(guān)鍵技術(shù)的速度。d）在三維數(shù)據(jù)場(chǎng)處理數(shù)據(jù)。利用二維切片數(shù)據(jù)進(jìn)行組織分割、路徑提取往往導(dǎo)致圖像粗糙，路徑不夠平滑。由大量二維切片數(shù)據(jù)構(gòu)成的三維數(shù)據(jù)場(chǎng)為在3D空間構(gòu)造算法提供可能。

虛擬內(nèi)窺鏡的總體發(fā)展趨勢(shì)可以概括為向著靈活性、交互性、實(shí)時(shí)性的方向發(fā)展。VE的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)能夠自動(dòng)檢查、自動(dòng)手術(shù)的全真機(jī)器人。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”